直接甲醇燃料电池高稳定性Pt/RuO_2/C阴极催化剂研究

应用湿化学法制备RuO2/C纳米复合物,并以其为载体借助微波法制备成Pt/RuO2/C催化剂.使用透射电镜和X射线衍射分析RuO2/C载体、Pt/RuO2/C催化剂的形貌及晶体结构;循环伏安、稳态阳极腐蚀和旋转圆盘电极等测试电化学性能.结果表明,Pt/RuO2/C催化剂具有良好的耐甲醇渗透性和稳定性,可有效延长催化剂的使用寿命.本文为探索新型高性能DMFC阴极催化剂之制备提供了一条较好的途径.

退火温度对钽基RuO_2·nH_2O电沉积薄膜电容性能的影响

以RuCl3.xH2O的水溶液为电沉积溶液,通过恒流电沉积法在钽箔上电沉积一层RuO2.nH2O薄膜,研究退火温度对RuO2.nH2O薄膜的电容性能的影响;采用CHI660B电化学测试仪和循环伏安法对薄膜的电容性能进行测试;分别采用扫描电子显微电镜、能谱仪及X射线衍射仪对薄膜的形貌和微孔形态、薄膜元素及薄膜的物相进行分析。结果表明,未经退火处理的RuO2.nH2O薄膜的电容性能不稳定,在循环伏安法测试中电容量随循环次数的增加而降低;将RuO2.nH2O薄膜分别在不同温度(100,150,200,250和300℃)下进行的2 h的退火处理,经退火处理后的RuO2.nH2O薄膜的电容性能经过60次的循环后趋于稳定,其中,经过100℃退火处理的RuO2.nH2O薄膜的比电容最大,其比电容为0.083 8 F/cm2。

Ti/RuO_2电极电催化脱除罗丹明B色度的研究

在阳极和阴极均为Ti RuO2 的无隔膜电解槽内 ,对罗丹明B的电化学脱色效果进行了研究 ,探讨了外加电压、电解质浓度、反应时间、溶液的初始pH、罗丹明B浓度以及NaCl的投加量对罗丹明B脱色的影响。研究结果表明 ,增加电压、提高电解质浓度、降低溶液pH、延长反应时间有利于罗丹明B色度的脱除 :相同条件下 ,溶液浓度越低 ,罗丹明B的电化学脱色效果越好。对于含 2 0mg L的罗丹明B溶液 ,当电解质Na2 SO4 浓度为 0 1mol L、溶液pH =2、外加电压为 8V ,电解6 0min ,溶液的脱色率即达到 95 % ;如果溶液中加入 6 0mg LNaCl,只需电解 30min ,罗丹明B溶液的脱色率即达到 96 %。

负载型湿式氧化催化剂RuO_2/γ-Al_2O_3活性与稳定性

采用浸渍法制备了RuO2 /γ Al2 O3 催化剂 ,以苯酚为目标有机物重点研究了进水 pH值和温度对RuO2 /γ Al2 O3 催化剂组分溶出和活性的影响 .结果表明 ,催化剂在降解苯酚过程中存在着组分溶出现象 ,随着进水溶液pH值降低催化剂组分溶出量增加 ,且在进水为酸性时苯酚去除率高于碱性时的去除率 .反应温度升高 ,催化剂组分溶出量降低 ,苯酚去除率增加 .采用在负载型RuO2 /γ Al2 O3 催化剂中掺杂Ce和Zr的方法对抑制催化剂组分溶出进行了初步研究 ,发现掺杂Ce和Zr后有效地降低了RuO2 /γ Al2 O3 催化剂组分的溶出 。

湿式氧化催化剂RuO_2/γ-Al_2O_3的制备及降解苯酚的研究

采用浸渍法制备了 4 %质量分数的RuO2 /γ Al2 O3 催化剂 ,并利用XRD和SEM对催化剂进行了晶体结构表征。研究了催化剂制备的焙烧温度和时间、进水pH值和处理温度对RuO2 /γ Al2 O3 催化剂活性影响 ,并对其影响机制进行了初步探讨。结果表明 ,焙烧温度升高、焙烧时间延长会导致催化剂的活性组分RuO2 的晶粒增长过大 ;在 30 0℃经 3h焙烧 ,形成的RuO2 晶粒细小 ,苯酚溶液的COD(化学需氧量 )去除率较高。在本研究的pH范围内 ,进水pH值为酸性时 ,COD去除率高于碱性时的COD去除率 ;当反应温度升高时 ,RuO2 /γ Al2 O3 催化剂降解苯酚的能力显著提高 ,且反应的诱导期明显缩短 ,当反应温度从 15 0℃升高至 180℃时 ,在进水pH值为 5 .6 ,反应 2h后 ,此催化剂的COD去除率为 96 %以上。研究表明 ,RuO2 /γ Al2 O3 催化剂具有较好的活性和和稳定性。

电流密度对电沉积制备钽基RuO_2·nH_2O薄膜形貌的影响

采用直流电沉积的方法研究了阴极电流密度的变化(1mA/cm2、3mA/cm2、5mA/cm2、10mA/cm2)对RuO2·nH2O薄膜附着力和形貌的影响,并探讨了RuO2·nH2O电沉积的机理。采用SEM、能谱仪、XRD对薄膜的形貌、元素、物相分别进行了分析,并用粒度分析仪(DELSA440SXAnalyzerControl)对电沉积液的Zeta电位进行了测试。通过实验可以得出:RuO2·nH2O薄膜厚度随着阴极电流密度的增加而增加,薄膜自然干燥失水后,开裂脱落的倾向随电流密度的增加而增大;当阴极电流密度达到10mA/cm2时,自然干燥后薄膜疏松,附着力差。

超级电容器高比容(RuO_2/SnO_2)·nH_2O复合薄膜电极的研究

采用电沉积工艺制备超级电容器用钽基(RuO2/SnO2).nH2O复合薄膜,研究了初始沉积液中Sn2+与Ru3+浓度比以及热处理对制备(RuO2/SnO2).nH2O复合薄膜性能的影响。借助扫描电镜、X射线衍射仪、红外光谱对薄膜的形貌和物相进行分析,用循环伏安法(CV)对该复合薄膜电容特性进行了测量。结果表明,以沉积液中Sn2+与Ru3+浓度比为2∶1时电沉积出的样品,在温度为300℃、热处理2.5h后所制备出的复合电极薄膜材料的比电容达到385F/g。

RuO2／TiO2纳米管薄膜的制备及其光电催化性能研究

采用阳极氧化法结合浸渍法在钛金属片基底上制备了TiO2负载RuO2纳米管阵列,利用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、X射线衍射仪(XRD)、能谱仪(EDS)和紫外可见分光光度计对纳米管的形貌、结构和光学性能进行了表征,并研究了RuO2/TiO2纳米管阵列在紫外光和可见光下对亚甲基蓝溶液的光电催化性能。结果表明:RuO2/TiO2纳米管仍保持了纯TiO2纳米管的结构特征,部分Ru进入TiO2晶格代替了Ti的位置形成了固溶体,部分Ru以RuO2纳米粒子形式存在;RuO2/TiO2纳米管的光吸收波长发生了红移,且在整个可见光区均比纯TiO2纳米管光吸收能力强,RuO2/TiO2纳米管光电催化降解亚甲基蓝的4 h降解率由纯TiO2纳米管的27%提高到79%;采用该法制备的TiO2纳米管阵列膜回收简单,反复使用20次后光电催化降解能力基本保持不变。

微型超级电容器PPy/GO-RuO_2复合膜电极的制备与电化学性能

为了解决氧化钌(RuO2)沉积电位过高,难以在三维微结构金属集流体上直接沉积的问题,提出采用分步电沉积方法在微三维结构镍(Ni)集流体上制备RuO2复合膜电极,即先在三维微结构Ni集流体上沉积聚吡咯/氧化石墨烯(PPy/GO)薄膜作为基底,经热处理后,在基底上二次沉积出RuO2颗粒,最后再对RuO2复合薄膜进行二次热处理。扫描电子显微镜(SEM)观察显示,随着热处理温度的升高,薄膜表面多孔结构增多,达到了提高膜电极结构孔隙分布的目的。能量分散谱(EDS)和X射线光电子能谱分析(XPS)表明,薄膜中无定形RuO2·x H2O的存在保证了膜电极的大比容量。电化学性能测试结果表明,经105℃处理后的膜电极电化学性能最佳,比电容为28.5 m F/cm2,能量密度为0.04 Wh/m2,功率密度为14.25 W/m2。采用分步电沉积方法制备出的RuO2复合薄膜是一种良好的MEMS超级电容器电极材料。

介孔TiO2晶须及其担载RuO2的电容性能

烧结法制备的介孔TiO2晶须具有高结晶度,孔径可控,并且制备成本低,可以大规模生产。如能将该材料用于电化学电容器电极材料,则可以降低成本、提高电容器性能。采用孔径分布在10nm左右的介孔TiO2晶须及其担载氧化钌的材料制备了电极,循环伏安法分析表明该材料在中性的0.1mol.L-1的Na2SO4溶液中即具有典型的电容行为,并且在较宽的扫描范围表现出一定的电容特性;介孔TiO2晶须担载RuO2后,其电容性能优异,比电容达到940.4F.g-1(以RuO2质量计),有可能作为电化学电容器的低成本大规模生产的电极材料。

RuO2-IrO2-SnO2/Ti阳极电催化氧化苯酚的研究

以RuO2-IrO2-SnO2/Ti钛网电极为阳极,RuO2-IrO2/Ti钛网电极为阴极,构建了电催化氧化体系,同时以苯酚为底物、硫酸钠为电解质,考察了不同pH、极板间距、电流密度和苯酚初始浓度对苯酚去除率的影响。结果表明,在pH为6.5、极板间距为1.0cm、电流密度为50mA/cm2、苯酚初始质量浓度为1 000mg/L的最佳实验条件下,取硫酸钠质量浓度为20g/L的苯酚模拟废水250mL,120min时苯酚去除率可以达到98.4%。

溶胶凝胶法制备纳米级RuO_2过程中Ru的成因分析

RuO2是电化学工业和催化领域的重要材料之一,比较而言,Ru属有害相。论文以RuCl3和柠檬酸为前驱物,无水乙醇为溶剂制备了Ru和RuO2。采用DTA和XRD测试技术研究了产物的热过程和组织结构。产物中含有Ru的原因可能与溶液中源物质易满足发生歧化反应的条件以及随后烧结过程中残余有机物不完全燃烧使RuO2易发生氧化还原有关。

RuO_2-SiO_2二元氧化物被覆钛涂层的制备

采用Pechini法,通过涂覆、烧结和退火,制备成系列含硅的RuO_2-SiO_2/Ti样品。二元涂层的摩尔成分为X%RuO_2-Y%SiO_2(以下简写为Ru_xSi_yO_2)。采用SEM和XRD方法分析了该阳极涂层材料的组织结构特征。结果表明所制备的涂层的相结构主要由金红石相的RuO_2所组成,高温处理出现金红石相TiO_2,加入的硅以非晶态SiO_2的形式存在。经450℃处理的含硅样品的平均晶粒尺寸均小于10nm,明显低于不含硅的样品。同时具有很强的尺寸稳定性,即使经800℃退火处理后,涂层的平均晶粒尺寸仍在45nm以下。这表明掺杂适量的非晶态SiO_2组元,可以明显细化晶粒,稳定相结构,同时可粘连分散的活性组元颗粒,起到"支架"的作用。

超级电容器用RuO_2/碳微线圈材料的研制

利用凝胶法在碳微线圈上进行氧化钌(RuO2)修饰,制备RuO2/碳微线圈电极,组装成纽扣式超级电容器,比较了两种电极材料的循环伏安及恒流充放电特性。结果表明:使用RuO2/碳微线圈组装的超级电容器,单电极比电容达213 F/g,高于碳微线圈材料组装的产品。与RuO2材料相比,RuO2/碳微线圈电极材料的大电流放电特性有了改善。

RuO_2包覆的TiO_2纳米复合粒子的表面与界面分析

将溶胶-凝胶法与水热合成技术相结合制备了RuO2包覆量为1.5%的TiO2纳米复合粒子,并采用X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)及X射线光电子能谱(XPS)详细研究了纳米复合粒子的表面与界面性质。结果表明,RuO2以非晶态高度分散在TiO2纳米粒子表面形成包覆层,TiO2的晶型为锐钛矿型;纳米复合粒子呈球形,平均粒径约为47.5nm,RuO2包覆层的平均厚度约为0.75nm;RuO2包覆层与核材料TiO2纳米粒子表面存在化学键的作用,这种化学包覆有利于提高纳米复合粒子结构和性能的稳定性。

Ti/RuO2-SnO2-TiO2涂层电极电催化氧化苯酚废水研究

采用热分解法将SnO2掺杂于RuO2-TiO2涂层中,制得性能高效的Ti/RuO2-SnO2-TiO2阳极氧化电极。以该自制电极为阳极、钛板为阴极构成电催化氧化体系,对模拟苯酚废水进行电催化氧化试验。利用高效液相色谱探讨了苯酚废水溶液在该体系中的电催化氧化反应历程,并推断出氧化降解途径。采用SEM和XRD表征电极涂层结构和形貌,循环伏安法测试电极电化学性能。通过单因素试验考察反应时间、电流密度（CD）、电极间距、Na2SO4电解质浓度、苯酚质量浓度、pH值五个因素对电催化氧化试验的影响,结果表明：在反应时间为240 min、电流密度为102.6 mA/cm-2、电极间距为1.5 cm、电解质浓度为0.5 mol/L、苯酚质量浓度为300 mg/L、pH=5的最佳试验条件下,苯酚的降解率达到98%以上,COD的去除率达到90%以上。

Ni-Co/RuO2复合电极的制备及其电催化析氢性能

采用快速凝固结合去合金化的方法制备纳米多孔Ni-Co合金,利用RuO2对Ni-Co合金进行表面修饰,通过X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)对多孔材料进行物相分析和形貌表征,并通过线性扫描伏安法、多电位阶跃法、交流阻抗法和恒电流电解法测试多孔电极的电催化析氢性能。结果表明,Ni-Co/RuO2复合电极材料在50 mA·cm^-2电流密度下析氢过电位为180 mV,析氢过程由Volmer-Heyrovsky步骤控制,交换电流密度为4.42 mA·cm^-2,经10 h恒电流电解后电位仅增加20 mV,表现出良好的析氢稳定性。

氨-氯化铵体系中RuO_2-Ti阳极的反应机理研究

通过研究RuO2-Ti阳极在不同电解液体系中的极化行为,探讨了RuO2-Ti阳极在氨-氯化铵体系中析氮反应的机理以及电解液中各组分浓度对阳极电化学行为的影响;并利用循环伏安曲线研究了阳极电化学反应过程的控制步骤。发现在氨-氯化铵电解液体系中RuO2-Ti阳极的阳极反应析出的气体并不是氧气,也不是氯气,经过对电解液体系组成的分析和化学检验确定RuO2-Ti阳极电化学反应析出的气体为氮气;在氨-氯化铵电解液体系中RuO2-Ti阳极电化学反应的控制步骤为扩散控制,电化学反应的表观活化能为27.55kJ·mol-1,交换电流密度和传递系数分别为4.36×10-6A·cm-2和0.117;电解液体系(NH3-NH4Cl)中氨浓度的增加可加快RuO2-Ti阳极表面的电化学反应的速度,而电解液体系中氯离子浓度的增加则对RuO2-Ti阳极电化学反应速度几乎没有影响。

Ti/RuO2-ZrO2电极电解处理焦化废水生化出水

采用热分解法制备了Ti/Ru O2-Zr O2钛基金属氧化物涂层电极,利用扫描电镜、X射线衍射仪等方法对电极的形貌结构和金属涂层物相进行了表征,并以该涂层电极为阳极,经预处理的钛板作为阴极构建了电化学催化反应发生体系以处理焦化废水生化出水。结果表明,在电流密度10 m A/cm^2、p H为7、电解时间60 min、反应温度25℃的优化条件下,焦化废水生化出水经电解处理后COD去除率可达96.2%,TOC去除率达87.0%,UV254大幅下降,原水中杂环类和环烷烃类有机物可降解为单环及简单链状烃类。

RuO_2/聚苯胺复合材料电极的制备及电化学性能表征

以RuCl3.nH2O和苯胺为原料,采用原位聚合法制备了RuO2与聚苯胺(PANI)的纳米复合材料.运用SEM和XRD对样品进行了表征,通过循环伏安法测试了样品的电化学性能.结果表明:不同RuO2含量的复合材料电极的比容量由大到小顺序为3%、1%、10%、2%、7%、5%;RuO2含量为3%时,复合材料电极的比容量达到373.27 F/g,改用活性炭作辅助电极,比容量提高了近10%.